基于介孔二氧化钛的拉曼生物传感器的研究

发布时间：2017-03-20 03:01

  本文关键词：基于介孔二氧化钛的拉曼生物传感器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以介孔二氧化钛为拉曼响应分子,结合纳米金技术,制备了新型的介孔二氧化钛拉曼探针。基于适体与靶分子的特异性识别特性,利用聚合酶、剪切酶等工具酶的循环放大作用及DNA自组装技术,构建了一系列的放大反应体系,并将制备的新型拉曼探针与放大技术相结合,以表面增强拉曼散射技术为检测手段,建立了高灵敏度、高选择性检测靶DNA,Ramos细胞以及凝血酶的检测方法,进一步促进了表面增强拉曼光谱在生物分析领域的应用。本论文主要进行了以下三个方面的研究::1.建立了一种基于介孔二氧化钛的拉曼标记物,利用透射电镜(TEM)、氮气吸附-脱附、XRD衍射、UV-Vis、拉曼光谱等对介孔二氧化钛以及制备的拉曼标记物进行了表征。在介孔二氧化钛表面引入氨基;金纳米粒子引入羧基,二者生成酰胺键(-NH-CO-)制备出拉曼标记物。巯基修饰的DNA通过金硫键结合到金纳米离子上,当溶液中存在靶DNA时,就会形成拉曼标记物-靶DNA-磁珠的三明治结构,最终得到拉曼标记物的信号强度与靶DNA的浓度存在线性关系,检测限为0.77×10-15 mol/L。该标记物实现了靶DNA的快速,高灵敏度检测,在DNA等寡核苷酸的检测中有很大应用空间。2.基于锁式探针滚环指数循环放大技术,以介孔二氧化钛为拉曼标记物,设计了一种新型的工具酶循环放大SERS检测靶DNA以及Romas细胞的方法。锁式探针由一段与靶DNA序列互补的DNA以及一个剪切酶识别位点组成,以靶DNA为模板,通过线性滚动循环反应产生许多靶DNA,这些靶DNA会引发下一个循环反应,产生更多的靶DNA,从而放大拉曼信号,实验中对靶DNA的检测限可达3.6×10-18 mol/L。采用相应的适体,将该方法用于Ramos细胞的检测,进一步验证了检测体系的实用性。该方法操作简单,线性范围宽,灵敏度高,选择性好,适用于复杂生物样品中DNA以及Ramos细胞的分析,为生物学研究、基因检测以及临床诊断提供了有效的分析手段。3.本实验基于介孔二氧化钛为拉曼标记物,结合DNA自组装技术以及表面增强拉曼光谱,设计了一种超灵敏的检测凝血酶,DNA以及Ramos细胞的方法。互补杂交的两条DNA以及适体DNA分别固定到金纳米离子上,当DNA互补杂交时,金纳米粒子团聚到一起,从而使拉曼标记物介孔二氧化钛聚集到一起,同时,用适体识别DNA修饰磁珠,当溶液中存在靶分子时,就会形成拉曼标记物-靶分子-磁珠的三明治结构。通过实验对比发现,DNA自组装之后拉曼信号分子对同一浓度的生物分子的检测的响应信号强度更高,检测限更低。团聚后的拉曼信标分子对凝血酶的检测限为4.78×10-16 mol/L,对靶DNA检测的检测限为4.01×10-15 mol/L,对Ramos细胞的检测限为5个。这为癌症的临床医疗诊断和其在肿瘤发展阶段的机理研究提供更多的帮助。
【关键词】：介孔二氧化钛 DNA生物传感器 表面增强拉曼光谱 信号放大
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;TP212.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 前言10-31
• 1.1 介孔材料10-20
• 1.1.1 介孔材料的概述10-11
• 1.1.2 介孔材料的分类11-12
• 1.1.3 介孔二氧化钛12-16
• 1.1.3.1 二氧化钛的晶体结构12-13
• 1.1.3.2 介孔二氧化钛的合成方法13-16
• 1.1.4 介孔二氧化钛的光催化原理16-18
• 1.1.5 介孔二氧化钛的应用18-20
• 1.2 DNA生物传感器20-26
• 1.2.1 茎环结构的DNA21-22
• 1.2.2 DNA适体22-24
• 1.2.3 用于信号放大的单链DNA24-25
• 1.2.4 DNA双螺旋25
• 1.2.5 DNA传感器的应用前景25-26
• 1.3 表面增强拉曼散射光谱26-30
• 1.3.1 表面增强拉曼光谱概述26
• 1.3.2 表面增强拉曼光谱原理26-27
• 1.3.3 表面增强拉曼光谱标记物27-28
• 1.3.4 表面增强拉曼光谱在生物分析中的应用28-30
• 1.3.4.1 通过表面增强拉曼光谱检测DNA/RNA28-29
• 1.3.4.2 表面增强拉曼光谱在免疫检测中的应用29
• 1.3.4.3 表面增强拉曼光谱在检测蛋白质定性方面的应用29-30
• 1.4 本论文的研究内容及意义30-31
• 2 基于介孔二氧化钛的新型拉曼生物传感器的研制31-44
• 2.1 引言31
• 2.2 实验部分31-34
• 2.2.1 试剂和仪器31-32
• 2.2.1.1 试剂31-32
• 2.2.1.2 仪器32
• 2.2.2 金纳米颗粒的制备32-33
• 2.2.3 介孔二氧化钛的制备33
• 2.2.4 介孔二氧化钛表面的氨基修饰33
• 2.2.5 拉曼条码的制备33-34
• 2.2.6 DNA修饰的磁性微球的制备34
• 2.2.7 靶DNA的检测34
• 2.3 实验结果与讨论34-43
• 2.3.1 实验原理34-35
• 2.3.2 拉曼标记物的电镜表征35
• 2.3.3 纳米介孔TiO_2的XRD表征35-36
• 2.3.4 N_2吸附-脱附实验表征36-37
• 2.3.5 标记物的拉曼表征37-38
• 2.3.6 拉曼标记物的紫外表征38-39
• 2.3.7 实验的可行性研究39
• 2.3.8 修饰磁珠的DNA浓度优化39-40
• 2.3.9 制备条码所用的DNA浓度优化40-41
• 2.3.10 选择性实验41-42
• 2.3.11 靶DNA的线性检测42-43
• 2.4 本章小结43-44
• 3 基于酶循环放大SERS检测DNA以及Ramos细胞的研究44-56
• 3.1 前言44
• 3.2 实验部分44-47
• 3.2.1 试剂与仪器44-46
• 3.2.1.1 试剂44-45
• 3.2.1.2 仪器设备45-46
• 3.2.2 实验方法46-47
• 3.2.2.1 金纳米颗粒的制备46
• 3.2.2.2 氨基修饰的介孔二氧化钛的制备46-47
• 3.2.2.3 DNA修饰的磁性微球的制备47
• 3.2.2.4 条码的制备47
• 3.2.2.5 工具酶循环放大47
• 3.2.2.6 目标分子的检测47
• 3.3 结果分析47-55
• 3.3.1 实验原理47-49
• 3.3.2 凝胶电泳实验49-50
• 3.3.3 条码的透射电镜表征50
• 3.3.4 聚合酶用量的优化50-51
• 3.3.5 剪切酶用量的优化51-52
• 3.3.6 温度优化52
• 3.3.7 反应时间优化52-53
• 3.3.8 DNA工作曲线53-54
• 3.3.9 检测Ramos细胞的工作曲线54-55
• 3.3.10 Ramos细胞的选择性研究55
• 3.4 本章小结55-56
• 4 基于DNA自组装放大信号检测多种生物分子的研究56-71
• 4.1 前言56-57
• 4.257-59
• 4.2.1 试剂和仪器57-58
• 4.2.1.1 试剂57-58
• 4.2.1.2 仪器设备58
• 4.2.2 实验方法58-59
• 4.2.2.1 金纳米颗粒的制备58
• 4.2.2.2 氨基修饰的介孔二氧化钛的制备58-59
• 4.2.2.3 DNA修饰的磁性微球的制备59
• 4.2.2.4 条码的制备59
• 4.2.2.5 目标分子的检测59
• 4.3 结果与讨论59-70
• 4.3.1 实验原理59-61
• 4.3.2 拉曼标记物的透射电镜表征61-62
• 4.3.3 可行性实验62
• 4.3.4 修饰磁珠的DNA浓度的优化62-63
• 4.3.5 修饰金纳米粒子的DNA的比例的优化63-64
• 4.3.6 反应时间的优化64
• 4.3.7 未团聚拉曼标记物检测凝血酶64-65
• 4.3.8 团聚拉曼标记物检测凝血酶65-66
• 4.3.9 未团聚拉曼标记物检测靶DNA66-67
• 4.3.10 团聚的拉曼标记物检测靶DNA67-68
• 4.3.11 未团聚拉曼标记物检测Ramos细胞68
• 4.3.12 团聚拉曼标记物检测Ramos细胞68-69
• 4.3.13 团聚拉曼标记物检测Ramos细胞选择性研究69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间发表的学术论文目录79-80

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